42、手写运动学习的神经网络模型解析

手写运动学习的神经网络模型解析

1. 人类手写运动特性

当相关模型学习书写字母时，会呈现出人类手写运动的多种特性：
- 大小和速度可自主调节 ：学习后，能在保持字母形状和速度曲线形状不变的前提下，自主改变书写的大小和速度。同时，人类有在相同时间内书写不同大小字母的倾向，即等时性。而且在学习过程中可以改变速度，慢速学习有助于后续快速学习。
- 速度曲线特征 ：学习书写字母时，每个运动协同会出现单峰、钟形的速度曲线，与成年人书写字母的速度曲线极为相似。书写的曲线运动还遵循曲率与切向速度的反比关系，以及在某些条件下呈现角速度与曲率的三分之二幂律关系。
- 上下文效应 ：当生成多个相连字母时，会出现上下文效应，类似于语音中的协同发音现象。

2. 运动协同

运动协同是指在共同任务中协同工作的肌肉群。大脑似乎通过向少数肌肉协同发出指令来控制复杂的运动任务，而非分别指定大量单个肌肉的运动参数，这大大简化了运动的控制和规划。

人类运动可分解为单个运动片段或笔画，每个笔画对应特定肌肉协同的活动。当控制肢体的肌肉协同同步激活时，倾向于产生简单的直线运动，具有钟形速度曲线；而曲线运动可能是由于异步协同的直线笔画线性叠加产生的。因此，确定笔画的时间是一个关键问题。

例如，一个“U”形曲线可以看作是三个笔画的组合：一个在负垂直方向的协同运动、一个在正水平方向的协同运动，以及一个在正垂直方向的协同运动。手写的曲线运动中曲率与速度的反比关系，可归因于在高曲率点（如“U”形曲线底部）发生的方向反转和协同切换。